儲能技術是人類社會走向低碳經濟不可或缺的基礎前提，也是推動能源型的必要條件。哪些儲能技術最具發(fā)展前景?今后的發(fā)展方向如何?中國與美國在儲能技術發(fā)展和應用方面有哪些最新進展?政策與監(jiān)管如何支持儲能技術發(fā)展?儲能設施如何與電網配合?如何給儲能設施應有的市場地位并保證投資運營商有適當的回報?在10月27日，北京國際能源專家俱樂部舉辦的儲能技術與電網發(fā)展國際研討會上，多位專家就以上問題進行了探討，以下是各位專家的演講精要。

美國能源監(jiān)管委員會原主席Jon Wellinghoff先生做了一篇題目為“儲能在電網發(fā)展中的作用”的演講，詳細介紹了美國的儲能技術進展，解釋了在聯邦和州層面美國是如何利用監(jiān)管條例對儲能技術進行支持，并展望了儲能技術在微電網的應用趨勢，主要觀點總結如下。

1.目前世界上有很多種儲能技術，可以提供多種服務。這些技術包括超級電容(Supercapacitors)、超導磁儲能(SMES)、鉛酸電池(Lead-Acid)、鋰電池(Li-Ion)、鈉硫電池(NaS)、液流電池(Redox Flow)、飛輪儲能(Flywheels)、壓縮空氣儲能(CAES)、抽水蓄能(Pumped Hydro)等。這些不同技術可以提供多樣化供電功率(從kW級到GW級)和供電時長(從秒級到小時級)，可以在UPS系統(tǒng)(不間斷電源系統(tǒng))、削峰填谷電網輸配系統(tǒng)及大容量電力管理系統(tǒng)等三個層面加以應用。在提供大容量能源服務方面，儲能技術可以大幅度提升電網供電能力并使電力運營商通過峰谷電價差獲利。另外，儲能技術還可以為輸電基礎設施、配電基礎設施、用戶能源管理等方面提供諸多輔助服務功能，如：給風光系統(tǒng)補充旋轉備用能力、黑啟動、配合監(jiān)管等。

2. 儲能技術在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都可以發(fā)揮作用。一是在發(fā)電端與傳統(tǒng)發(fā)電技術配合，提升清潔能源的并網率。在發(fā)電端，大容量儲能系統(tǒng)可以作為發(fā)電廠的輔助服務設施，對太陽能、風電等不穩(wěn)定電源起到穩(wěn)壓、穩(wěn)流作用。二是在輸配環(huán)節(jié)，儲能技術可以用在變電站上起到削峰填谷的作用。這一環(huán)節(jié)的應用在美國正變得日益重要。儲能技術可以作為配電網中變電站的技術升級，推遲電網的更新換代，降低成本。三是在消費環(huán)節(jié)，在“電表前”和“電表后”，都有儲能技術的應用。就“電表前”而言，在美國東西海岸、尤其是東海岸地區(qū)，電網公司在積極投資建設儲能設施。因為這些地區(qū)容易受到颶風影響，儲能設施可以讓電網更有彈性，在對抗颶風時更穩(wěn)定。在“電表后”，儲能設施為用戶提供服務，比如特斯拉的充電墻。在美國部分地區(qū)，每天特定時間內為電動車充電有助于電網調峰，而且還會有所回報。除加州外，伊利諾伊、紐約、新澤西、德州等州也都設立了很好的激勵政策，鼓勵消費者在電表后設立儲能或者自發(fā)電設施。

3. 在聯邦層面，監(jiān)管政策做出了及時的調整來支持儲能設施的應用。Jon Wellinghoff先生任主席時，美國能源監(jiān)管委員會制定了第755號法規(guī)，規(guī)定 ISO應對那些為其提供調頻服務的服務商支付報酬。在服務計量方面，不光要計算總共接收到的電量，還要根據反應速度、調頻準確度來計算報酬。這一規(guī)定主要考慮到儲能技術的需求響應速度比常規(guī)發(fā)電技術要快很多這一特點。能源監(jiān)管委員會的第719號法規(guī)要求獨立電力系統(tǒng)運營商(ISO)和區(qū)域輸電組織(RTO)接受來自需求側所提供的輔助服務，這使商業(yè)和工業(yè)用戶利用儲能設施作為需求側響應手段成為可能。能源監(jiān)管委員會的第745號法規(guī)則要求電力公司和零售商支付大客戶利用儲能來替代電網調峰的費用。

4.在州層面，美國也對儲能設施的利用有一定的監(jiān)管政策激勵。加州電網系統(tǒng)運行商(CAISO)制定了采購靈活電源的政策，鼓勵裝配和使用具有儲能功能的靈活電源，以保證大量清潔能源的并網和有效使用(加州通過立法要求清潔能源的裝機在2030年必須達到50% 。)。加州公用事業(yè)委員會( CPUC)制定了儲能法規(guī)(AB2514)，要求加州境內的三家公共電力公司(PG&E，SCE，SGD&E)必須在2020年前采購至少1.325GW的儲能設備。這項法規(guī)還設立了評估儲能服務、成本效益的框架規(guī)則，并且制定了可能的電網儲能指標。這個法規(guī)直接幫助加州上馬了一大批儲能項目，很多新的儲能技術在這些項目中得到了體現。CPUC制定的“自發(fā)電獎勵激勵計劃規(guī)定”給予儲能$2,000/kW補貼，這項補貼每年遞減10%。

5. 美國的儲能產業(yè)發(fā)展迅速，非電網系統(tǒng)的工商與居民端儲能應用增長尤為迅速。美國的東、西海岸是儲能發(fā)展最快的地區(qū)，也是美國最富有創(chuàng)新精神的地區(qū)。該地區(qū)電價較高，使得儲能應用更有經濟性。目前，美國全國電池儲能設施的安裝以每年30~40%的速度增長，這個速度接近5年前光伏的增長速度。目前，美國能源部統(tǒng)計的全國電池儲能總功率已經超過300MW，預計到2019年會增長到近1GW。目前電池儲能絕大多數被用到電網輸配環(huán)節(jié)，但未來工業(yè)、商業(yè)、尤其是居民儲能的增長速度會高過電網儲能。

6. 美國風、光發(fā)電成本下降迅速，已經具備較強的競爭力。目前，美國光伏發(fā)電的度電成本有的已低于4美分/度(最低的招標價格是3.8美分，包括以稅收返還形式的補貼)，風力發(fā)電成本有的已經直逼2美分/度。這些價格包含了30%的投資免稅補貼，但即使扣除這一補貼，美國光伏、風力發(fā)電的度電成本已經低于煤電、氣電、水電和核電。

7. 儲能可以解決光伏輸出的不平穩(wěn)性，解決“鴨子曲線”問題。在加州因為光伏的快速發(fā)展和峰谷特性，造成在光伏出力高峰(如一天的中午)時常規(guī)電廠發(fā)電越來越少，到了晚上又要完全承擔平抑“鴨子形”問題(圖1)。儲能技術的發(fā)展可以填平鴨肚子，削去鴨頭，使常規(guī)電廠平滑出力，大力增加整個系統(tǒng)的經濟性。因此，CPUC要求三大公共電力公司到2020年建立至少1325兆瓦的儲能設施。

圖1. 加州2012-2020年每年3月某天的負荷曲線

8. 在微電網應用儲能技術是一個新趨勢。出于不同的驅動因素，各國都希望大力發(fā)展微電網。美國微電網發(fā)展吸引了大量投資，2015~2020年發(fā)展微電網的投資總額預計將達30億美元。微電網的主要驅動者包括軍事設施，軍事基地希望通過微電網與大電網隔離，以保證獨立安全的電力供應。此外還有公共設施、大學、島嶼等。加州擁有3.2萬名師生的加州大學圣迭戈分校校園就是通過儲能、太陽能和燃氣發(fā)電形成自己的微電網。越來越多的類似社區(qū)在發(fā)展自己的微電網。

9. 儲能系統(tǒng)需要合適的市場結構才能給電網帶來價值。儲能技術在各個環(huán)節(jié)的應用產生了各具特色的價值鏈，需要合適的市場結構才能使其所提供給電網和用戶的服務價值得到認可，實現真正的商業(yè)價值。

10. 全球儲能技術正處在從科學試驗走向商業(yè)化普及的初始階段，政策支持十分重要。政策支持的目的應該是體現儲能在能源系統(tǒng)中的價值，即從化石能源向可再生能源的轉型過程中，各環(huán)節(jié)儲能所體現出的價值。

美國西雅圖UniEnergy Technologies公司總裁兼首席執(zhí)行官楊振國博士介紹的“美國電網儲能技術的研發(fā)與應用”情況，主要觀點如下。

1. 儲能技術的本質是給能量加上一個時間變量。傳統(tǒng)上電能是即發(fā)即用的，沒有時間因素。儲能技術給電能增加了時間變量，提升了整個電網系統(tǒng)的價值，同時有助于接入清潔能源。

2. 儲能技術在電網上應用有五個關鍵要求：

安全性。電網儲能系統(tǒng)儲存巨大的能量，在能量釋放過程中可以產生巨大的熱量，因此儲能系統(tǒng)的散熱設計非常關鍵。美國發(fā)生過多起蓄電池起火事故，固態(tài)鉛酸電池和鋰聚合物電池也都發(fā)生過重大事故。美國能源部還為此專門設立項目，研究電池的安全性。

性能。性能包括功率、能量、效率、反應時間，靈活及多功能性等指標。根據儲能系統(tǒng)在電網不同環(huán)節(jié)的應用，對功率的要求從幾十千瓦到上百兆瓦不等，放電時間的要求從幾秒，幾分鐘，幾十分鐘，幾小時，甚至幾天不等。一個重要的指標是反應時間越短越好，一般要在一秒以內達到系統(tǒng)要求。有些應用比如電壓支持甚至要求低于0.1秒。這樣的反應時間是傳統(tǒng)的抽水蓄能和壓縮空氣系統(tǒng)不能提供的。功能上的靈活性能夠增加儲能系統(tǒng)的實用價值。

耐久性，即系統(tǒng)壽命。傳統(tǒng)能源和新能源發(fā)電廠的生命周期都在20年以上，與之匹配的儲能系統(tǒng)也需要有相同的長壽命。一般需要電網儲能系統(tǒng)壽命超過10年，并且可以承受超過4000次深度充放電的考驗。

經濟性。不僅要關注電池的成本，還有變電系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等系統(tǒng)性成本;不僅是電池系統(tǒng)成本，還有安裝和工程造價(在電池成本上增加30~100%很正常);不僅是資金成本，還有運營維護成本——因此要比較不同循環(huán)壽命周期下的度電成本。同時不僅要看成本，還要看效益，有些貴的電池壽命更長，性價比更高。

可靠性。電池系統(tǒng)不需要太多的維護和保養(yǎng)。

3. 美國目前電網儲能以抽水蓄能為主，未來主要方向為電池等靈活儲能系統(tǒng)。美國發(fā)電裝機總量在1200GW左右，有大概2%，即20~30GW的儲能能力。美國目前電網儲能的95%為抽水蓄能，總量超過20GW，基本上都是在1980年以前建造的。抽水蓄能系統(tǒng)成本最低，但由于環(huán)境影響大、建造周期長、投資巨大、地理選址受限等原因，未來的發(fā)展非常有限。美國未來電網儲能的主要發(fā)展方向是使用更加柔性化、多功能、靈活的儲能系統(tǒng)。電池儲能技術由于高效、功能多樣、充放電雙向反應、響應速度快、清潔而成為了首選。

4. 各種電池儲能技術的對比顯示，液流電池優(yōu)勢突出。

鋰離子電池。鋰離子電池的概念是在1970年代提出的。經過近二十年的材料研發(fā)和完善，1991年第一塊商業(yè)化鋰離子電池出現，再經過多年大量的資本投入與發(fā)展，鋰離子電池的技術已經走向成熟。鋰電池最大的優(yōu)點在于能量密度和效率都很高，所以很快得到了廣泛應用。到今天，全球圍繞鋰電池建成了比較成熟的工業(yè)系統(tǒng)。鋰電池的缺點在于：1)安全性低，事故多發(fā)，如波音787的鋰電池事故，鋰聚合物電池在亞利桑那州的大型起火事故等。電解液的可燃性使危險永遠存在;2)容量隨著充電循環(huán)次數增加而減少，需要經常換電池;3)基本上放電時間較短，長時間放電對鋰電池的挑戰(zhàn)很大。

鈉電池。鈉電池根據正極情況，一種是鈉硫電池，一種是鈉-金屬氯化物電池。這兩種電池的運行溫度都需在300~350攝氏度。能量密度與鋰電池相當。如果可以長期連續(xù)使用，能取得很好的電池效率。電池壽命(充放電20~80%)可以達到4000~5000次。目前這種電池技術已經比較成熟，東京電力、NGK、GE等大公司做了很大的投資。但是安全性還不能完全保證，2011年日本的2MW鈉硫電池系統(tǒng)發(fā)生大火，對技術推廣產生了很大影響。

液流電池(RFB)。液流電池的能量儲存在電解液里，而不是固體電極，電池模塊通過氧化還原反應把電解液儲存的化學能轉變?yōu)殡娔堋Ｄ壳拜^為成熟的是全釩液流電池。液流電池的優(yōu)點在于：1)理論上壽命無限長，可循環(huán)使用。因為它的工作特點是電極不參加具體反應，所以循環(huán)壽命不受限制，也不受放電和充電程度的影響;2)可以根據需求把功率和能量分開來靈活設計，比如說確定了100兆瓦功率，但是需要4小時還是8小時供電可以變化;3)電池結構簡單，方便模塊化組裝，也可以做很大;4)安全性好。因為電解液是水基的，本身就是滅火劑。另外由于水的比熱容大，即使充滿了瞬間釋放，整個系統(tǒng)溫度也只上升15~16度;5)平準化成本低于鋰電池，適合做大型儲能項目。缺點是能量密度較低，目前不適合安裝在移動裝置上，工程上也需進一步完善。液流電池在電網上的應用最大的項目是中國博融集團下屬融科儲能在蝸牛石風電場的5MW/10MWh項目，從2012年項目建成至今一直運行穩(wěn)定。

5. 未來儲能電池技術發(fā)展還將百花齊放，液流電池將得到更多的重視。人類還沒有發(fā)明一種電池可以滿足所有的儲能需求。將來電網應用儲能的市場非常大，不會有一種理想技術覆蓋所有需求，未來儲能技術一定是百花齊放，在不同領域應用不同技術。其中多功能、靈活化的技術將產生更好的效益和價值，占據更大的市場份額。目前在美國，放電時間較短的電池選擇基本是鋰電池。原來大家看好的鈉硫電池放電時間較長，但由于存在安全問題，而使液流電池漸漸被重視起來。目前儲能電池的科研趨勢已經很大程度上轉向液流電池。一個趨勢是使用更安全的水基電解液，另一個是采用更便宜的材料，如鋅、鐵、硅等。

6. 儲能技術產業(yè)化面臨挑戰(zhàn)。很多儲能技術目前尚處于實驗室階段，吸引了大量風險投資，也有了一些原型產品，但離工程化、產業(yè)化還較遠，高性能和低成本仍是一對矛盾。電力儲能系統(tǒng)中，不光電池重要，電轉換系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、能效管理等都很重要。美國現在投資最多的還是投資少、見效快的能效管理系統(tǒng)。

7. 商務模式創(chuàng)新和政策支持對儲能技術及市場發(fā)展至關重要。三個條件的成熟才能使得儲能市場走向成熟，并在電力系統(tǒng)得到大規(guī)模應用：一是技術成熟，成本降低;二是政策法規(guī)的有力支持;三是在結合技術、投資、金融多個領域形成創(chuàng)新的商務模式。

清華大學教授盧強院士介紹了中國儲能技術發(fā)展及應用情況。主要觀點總結如下。

1. 中國應大規(guī)模建設儲能項目。中國現在風電總裝機容量已經超過100GW，但是70~80%的風能沒有很好利用，特別是后半夜的風能全部放棄，損失的能量即使收回50%，也相當于重建三到四個三峽發(fā)電站。雖然大規(guī)模儲能技術中抽水蓄能是首選，但抽水蓄能嚴格受到地理條件限制，并存在水庫漏水和蒸發(fā)等問題。所以不能指望抽水蓄能來解決大量棄風和棄光等問題。

2. 廢棄電池污染環(huán)境是大規(guī)模電池儲能發(fā)展的主要風險。現在中國大量用的磷酸鐵鋰電池壽命太短，淺充淺放為八年，深充深放最多四年，廢棄電池對環(huán)境造成了大量污染。此外，鋰電池的工作環(huán)境溫度要求嚴格(溫度不超過攝氏27度(正負2~4度)的溫度區(qū)域才能有效運用)，這也進一步增加了電池的使用成本。

3. 中國可以大規(guī)模部署自主研發(fā)的非補燃壓縮空氣儲能技術。該技術的優(yōu)點是：1)系統(tǒng)配置靈活，系統(tǒng)效率可以達到70%以上;2)投資成本低，與抽水蓄能幾乎相當;3)適用于大規(guī)模儲能和分散式儲能，不發(fā)電的時候可以調峰使用;4)碳排放為零;5)可以提供天然的熱、電、冷三聯供，不但可以提供不間斷熱水，而且可以提供2~3攝氏度的制冷環(huán)境用于保鮮水果和糧食，在東北和中國很多地方都可以使用;6)可以在電壓不足時提供自然支撐調壓。

由國網公司支持、清華大學研發(fā)的“非補燃壓縮空氣儲能”相關技術已經獲得中美發(fā)明專利受理，一個500kW的示范項目已經在安徽蕪湖建成，連續(xù)18個月運行效果良好。該項目電對電的轉換效率是33%，加上冷熱利用的系統(tǒng)效率可達72%。目前，國網和清華團隊正在籌劃一個20MW的示范項目，并對該技術進行改良，將“電轉電”效率從33%提高到55%，系統(tǒng)效率(熱+電+冷)達到80%。

與會專家圍繞中國的電網、儲能建設等問題展開了進一步討論。主要觀點總結如下。

1. 儲能技術是第三次工業(yè)革命的關鍵技術，也是能源系統(tǒng)從化石能源向可再生能源過渡的奠基石。從全球角度來看，能源正在轉型，電網正在逐步從大規(guī)模長距離運輸走向更小規(guī)模的社區(qū)化微電網，整個電網的結構從高、大、遠，向中小型、智能化和區(qū)域優(yōu)化的特征轉變。在這一轉型過程中，儲能起著極為關鍵的作用。中國從“十五”開始，在中長期規(guī)劃里已經把儲能技術作為一個重要方向提了出來，現在應考慮為儲能技術的發(fā)展制定專項規(guī)劃。

2. 儲能技術最需要的突破是車用電池技術。車用動力電池和電網儲能電池的要求不盡相同。目前，電池儲能技術最迫切需要的突破是電動車電池技術，車用電池技術的突破代表了儲能電池真正的市場化。目前中國電力系統(tǒng)還沒有到大規(guī)模使用儲能的階段。電力系統(tǒng)作為一個整體，進一步調節(jié)吸納風電、太陽能還有很大潛力可以挖掘。儲能在電力系統(tǒng)里的應用中，微電網用處更大。應該鼓勵示范項目，搞好技術儲備。在發(fā)電側大規(guī)模的儲能，就現在中國而言還是以抽水蓄能為主，還有火電機組的調節(jié)。

3.儲能技術發(fā)展對電網來說意義重大。中國目前有抽水蓄能，有火電調峰，可以解決電網運行的一些問題。但是搞抽水蓄能要開山、要架線、要通過升壓、降壓，最后通過電網送到用戶，這一系列的工程非常大。如果將來電池的儲能規(guī)模足夠大，并直接裝在大城市或者是附近變電站里邊，就可以替代抽水蓄能。所以發(fā)展用于電網的大規(guī)模新型儲能技術是未來的方向。同時，電網建設與儲能配套設施建設同樣重要。現在中國有風、有光的地方電網都很弱，負荷都很小，在沒有儲能設施條件下，消納不了就不得不棄電。所以作為電網公司首要的任務是強化電網建設。例如，現在哈密在建800萬千瓦的風電，需要通過特高壓直流送到鄭州，而現在的直流輸電送不了可再生能源，因為波動太大，所以如果沒有合適的調壓手段，電損將不可避免。現在的解決辦法是在當地建火電，經過測算，800萬千瓦的風電要配700萬千瓦的火電，再加300萬千瓦的光伏，這樣直流送出來的可再生能源能源的電量可以占到30%。但是如果有了儲能技術調節(jié)，特高壓電力傳輸就會簡單的多。所以儲能技術對清潔能源發(fā)展意義重大。

4. 中國儲能產業(yè)的發(fā)展還需克服諸多挑戰(zhàn)。

一是市場機制不健全。中國儲能產業(yè)起步晚，最近五年國家才開始重視。北美、日本20年前就有了儲能方面的產業(yè)政策，也都已經形成了各自的運行機制。目前，國內已經有了一些地區(qū)性規(guī)定，提供了一些發(fā)展機會和市場模式，但離整體產業(yè)的健康發(fā)展還有很大距離。儲能企業(yè)希望未來這些規(guī)定能夠上升到政策層面，真正納入到電力體制改革，成為一個法規(guī)，這樣可以提高投資方參與的可靠性，也可以盡量減少投資風險。

二是技術前景尚不明朗。如何把技術直接變成實際的商業(yè)模式，最終能否支持公司真正盈利，也存在風險。目前還沒有完全搞清楚在儲能方面什么技術最具經濟性、最有競爭力，即從商業(yè)角度來看最有前景的儲能技術還不確定。例如，很長時間以前就大概知道了硅是太陽能發(fā)電主要的技術方向，可以提出商業(yè)模式。現在儲能技術還沒有達到那樣的階段，不清楚未來方向是液流電池、壓縮空氣還是鋰電池。因此不知道如何投入資金和精力來降低成本。從未來發(fā)展看，或許有兩類主要技術方向，一是對長壽命應用來說應該是液流電池，二是對短壽命應用來說應該是鋰電池。不過不論哪種技術，只有完成了科學實驗階段，達到可以盈利，才能談得上大范圍的推廣應用。

三是儲能設備還需要提高可靠性。如果電池儲能不能使用10年以上，對于電力系統(tǒng)調節(jié)來講沒有意義。如果壽命問題和安全性解決不了，談價格也沒有意義。在運營風電、光電中，我們不需要1:1的儲能配備，按照10~15%配就可以了。如果天氣預報預估風電的誤差是20%，那么配上15%的儲能，就可以提高發(fā)電效率，提升電網穩(wěn)定性。而且，電網調度機構就可以把其他機組進行合理安排。因為風電和太陽能項目一般要運行20年，所以儲能設備至少要有10年的壽命期。

有效應對以上挑戰(zhàn)需要政府對科研院所增加研發(fā)投入，并對企業(yè)也要提供適度的研發(fā)支持。在成功試點的基礎上，政府可以出臺扶持政策，制定行業(yè)標準。目前，我國已經成立的中關村儲能產業(yè)聯盟可以在這些方面發(fā)揮一定作用。(【北京國際能源專家俱樂部】)